あらゆる薄膜のナノ単位の強度評価を表面から内部まで連続で可能にするＭＳＥ法の確立

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24246031
• 研究機関: 福井大学
• 研究代表者: 岩井 善郎 福井大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40115291)
• 研究分担者: 堀川 教世 富山県立大学, 工学部, 准教授 (10363871) ; 阿保 政義 兵庫県立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (40231980) ; 神田 一隆 福井工業大学, 工学部, 教授 (60091675) ; 宮島 敏郎 富山県立大学, 工学部, 講師 (60397239) ; 米沢 晋 福井大学, 産学官連携本部, 教授 (80242585) ; 本田 知己 福井大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80251982) ; 上坂 裕之 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90362318) ; 南部 紘一郎 鈴鹿工業高等専門学校, 機械工学科, 助教 (20610942) ; 木幡 護 福井大学, 工学(系)研究科(研究院), 特命助教 (90711432)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: トライボロジー / 薄膜強度評価 / 評価法開発 / 表面強度 / MSE法

研究実績の概要

(1)金型等に使用されるWC-Co合金に対して不定形アルミナ粒子（粒径41μm）を用いてMSE試験を行い、脱落粉の解析と損傷面や断面の観察により、損傷機構が粒界破壊によること、Co含有率の増加に伴い脱落粉がWCの小破砕片からWCとCoが複合した大きな破砕片に遷移することを明らかにした。また金型鋼材のSKD11と粗大炭化物を低減させたSKD11改良材のMSE試験を行い、MSE結果は静的強度と疲労強度のいずれとも相関があることがわかった。
(2)VC膜に対して、不定形アルミナ粒子（1.2μm）およびジルコン粒子（10～30μm）を用いたMSE試験と往復摩耗試験を行い、膜の破壊や基材からの剥離に対する強度などの評価では最適なMSE試験条件が存在することを明らかにした。
(3)DLC膜のMSE試験のエロージョン率はDLC膜をサファイア単結晶と摩擦した時の摩耗率との間に明確な相関が現れなかったが、DLC膜と金属の摩擦係数ではエロージョン率と相関がみられた。
(4)MSE法の表面破壊メカニズムにおける影響因子を明らかにするために、有限要素法による粒子衝突時のシミュレーションを行った。その結果粒子衝突時の破壊形態に対して粒子と基材間の硬さ比が影響していることを明らかにした。また改良された離散要素法を用いて数値シミュレーションを行い、衝突粒子による金属表面の塑性変形と計算精度を向上させる因子を明らかにした。
(5)ナノめっきとフッ素ガスを用いてSiやSiC等半導体基板材料やチタン系酸化物セラミックス皮膜を施したガラス材料等の表面改質材料を作製し、その力学特性や摺動性の評価およびXPSやAESによる化学状態分析、SEMやTEMによる表面近傍の断面観察を行い、高耐久性表面改質手法創出のための指針を作成した。また、高機能な薄膜作製のためスパッタやCVD法を開発した。

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Evaluation of the distribution of the strength properties in AlCrSiN gradient coating by a Micro Slurry-Jet Erosion (MSE) method (2016)
  • 著者名/発表者名: Yoshiyasu Nanjo, Kenichi Okazaki, Eisuke Sentoku, Yoshiro Iwai
  • 雑誌名: Surface and Coatings Technology 巻: 291 ページ: 172-178
  • DOI: 10.1016/j.surfcoat.2016.02.037
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Removal of lead from cathode ray tube funnel glass by combined thermal treatment and leaching processes (2015)
  • 著者名/発表者名: Takashi Okada, Fumihiro Nishimura, Susumu Yonezawa
  • 雑誌名: Waste Management 巻: ４５ ページ: 343-350
  • DOI: 10.1016/j.wasman.2015.05.008
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Spatio-temporal behavior of microwave sheath-voltage combination (2015)
  • 著者名/発表者名: Satyananda Kar, Hiroyuki Kousaka, Laxminarayan L. Raja
  • 雑誌名: Journal of OF Applied Physics 巻: 117 ページ: 183302-1～7
  • DOI: 10.1063/1.4920993
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Effrct of Hardness Ratio on The Behavior of Plastic Deformation in Various Metalic Materials Treated with Fine Particle Peening (2016)
  • 著者名/発表者名: Koichiro Nambu
  • 学会等名: The 30th International Conference on Surface Modification Technologies (SMT30)
  • 発表場所: Milan (ITALY)
  • 年月日: 2016-06-29 – 2016-07-01
  • 国際学会
• [学会発表] バナジウムカーバイド膜の摩耗試験評価とMSE試験評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 宮島敏郎，大多尾友紀，堀川教世，菓子貴晴，岩井善郎，松原亨
  • 学会等名: 日本トライボロジー学会 トライボロジー会議2016春東京
  • 発表場所: 国立オリンピック記念青少年総合センター（東京都渋谷区）
  • 年月日: 2016-05-23 – 2016-05-25
• [学会発表] Micro-Slurry-Jet Erosion (MSE) Technique to Evaluate the Mechanical Properties of Hard Coatings (2016)
  • 著者名/発表者名: Yoshiro Iwai, Takuya Takazawa, Kenji Yamamoto, Tohru Matsubara
  • 学会等名: International Conference on Metallurgical Coatings and Thin Films 2016
  • 発表場所: San Diego(U.S.A.)
  • 年月日: 2016-04-25 – 2016-04-29
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ＭＶＰ法により超高速成膜されたＳｉ含有ＤＬＣ膜の摩擦摩耗特性に及ぼす膜構造の影響 (2016)
  • 著者名/発表者名: 中野敏光，上坂裕之，柴沢穂高，橋富弘幸
  • 学会等名: 日本機械学会東海支部第６５期総会・講演会
  • 発表場所: 愛知工業大学八草キャンパス（愛知県豊田市）
  • 年月日: 2016-03-17 – 2016-03-18
• [学会発表] Chemical state analysis of various fluorides by using AES (2015)
  • 著者名/発表者名: Fumihiro Nishimura, Jae-Ho. Kim, Susumu Yonezawa, Masayuki Takashima
  • 学会等名: 2015 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies
  • 発表場所: Honolulu, Hawaii(USA)
  • 年月日: 2015-12-15 – 2015-12-20
  • 国際学会
• [学会発表] 表面フッ素処理によるフッ素ドープ酸化スズ(FTO)粒子の作製とその特性評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 木村隆志，鴻野美和，前川薫，金在虎，米沢晋，高島正之
  • 学会等名: 2015年真空・表面科学合同講演会
  • 発表場所: つくば国際会議場（茨城県つくば市）
  • 年月日: 2015-12-01 – 2015-12-03
• [学会発表] フッ素ガスを用いたSiCの表面改質とめっき膜との密着性に関する研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 高木雄太，西村文弘，大神直也，金在虎，米沢晋，高島正之
  • 学会等名: 平成27年度日本化学会近畿支部北陸地区講演会と研究発表会
  • 発表場所: 金沢大学角間キャンパス（石川県金沢市）
  • 年月日: 2015-11-27 – 2015-11-27
• [学会発表] 金型用バナジウムカーバイド膜の摩耗試験とMSE試験 (2015)
  • 著者名/発表者名: 大多尾友紀，宮島敏郎，堀川教世，菓子貴晴，岩井善郎
  • 学会等名: 2015年度精密工学会北陸信越支部学術講演会
  • 発表場所: 金沢工業大学（石川県野々市市）
  • 年月日: 2015-11-14 – 2015-11-14
• [学会発表] MSE(Micro Slurry-jet Erosion)における単結晶 MgO表面の転位の観察と解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 齊藤康平,高澤拓也,岩井善郎
  • 学会等名: 2015年度精密工学会北陸信越支部学術講演会
  • 発表場所: 金沢工業大学（石川県野々市市）
  • 年月日: 2015-11-14 – 2015-11-14
• [学会発表] フッ素ガスによるプラスチックス材料の表面改質とめっき皮膜との 密着性に関する研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 鰐渕秀久，金在虎，米沢晋，高島正之
  • 学会等名: 2015年電気化学会北陸支部秋季大会
  • 発表場所: 長岡グランドホテル（新潟県長岡市）
  • 年月日: 2015-10-20 – 2015-10-20
• [学会発表] Development of evaluation method of surface strength distribution in depth using a micro slurry-jet erosion (MSE) test -A new proposal by a high precision MSE tester - (2015)
  • 著者名/発表者名: Tsutomu Katsumata, Tohru Matsubara, Yoshiro Iwai
  • 学会等名: International Tribology Conference, TOKYO 2015(ITC2015)
  • 発表場所: Tokyo University of Science（東京都葛飾区）
  • 年月日: 2015-09-16 – 2015-09-20
  • 国際学会
• [学会発表] Evaluation of the surface strength of WC-Co alloy by a micro slurry-jet erosion (MSE) test - Discussion on erosion mechanism by debris analysis - (2015)
  • 著者名/発表者名: Takuya Takazawa, Yoshiro Iwai
  • 学会等名: International Tribology Conference, TOKYO 2015(ITC2015)
  • 発表場所: Tokyo University of Science（東京都葛飾区）
  • 年月日: 2015-09-16 – 2015-09-20
  • 国際学会
• [学会発表] Evaluation of Surface Strength of the Vanadium Carbide Coatings by MSE Method Using Two Kinds of Impact Particles (2015)
  • 著者名/発表者名: Toshiro Miyajima, Tomoki Otao, Noriyo Horikawa, Takaharu Kashi, Yoshiro Iwai
  • 学会等名: International Tribology Conference, TOKYO 2015(ITC2015)
  • 発表場所: Tokyo University of Science（東京都葛飾区）
  • 年月日: 2015-09-16 – 2015-09-20
  • 国際学会
• [学会発表] The Simulation of Plastic Deformation in Micro-Slurry-jet Erosion Test using Discrete Element Method (2015)
  • 著者名/発表者名: Masayoshi Abo, Keiichi Horikawa, Masaru Higa, Satoshi Kakunai
  • 学会等名: International Tribology Conference, TOKYO 2015(ITC2015)
  • 発表場所: Tokyo University of Science（東京都葛飾区）
  • 年月日: 2015-09-16 – 2015-09-20
  • 国際学会
• [学会発表] 冷間工具鋼の回転曲げ疲労強度に及ぼす一次炭化物の影響 (2015)
  • 著者名/発表者名: 田中涼，堀川教世，宮島敏郎，菓子貴晴，上野明，境田彰芳
  • 学会等名: 日本機械学会 2015年度年次大会
  • 発表場所: 北海道大学（北海道札幌市）
  • 年月日: 2015-09-13 – 2015-09-16
• [学会発表] 高張力鋼板成形用金型鋼材の疲労強度 (2015)
  • 著者名/発表者名: 古川弘法，堀川教世，宮島敏郎，菓子貴晴，上野明，境田彰芳
  • 学会等名: 日本機械学会 2015年度年次大会
  • 発表場所: 北海道大学（北海道札幌市）
  • 年月日: 2015-09-13 – 2015-09-16
• [学会発表] 離散要素法を用いた金属の塑性変形の検討について (2015)
  • 著者名/発表者名: 堀川慶一，阿保政義，格内敏，比嘉昌
  • 学会等名: 日本トライボロジー学会 トライボロジー会議2015春姫路
  • 発表場所: 姫路商工会議所（兵庫県姫路市）
  • 年月日: 2015-05-27 – 2015-05-30
• [学会発表] 微粒子ピーニングにおける損傷機構の実験的検討 (2015)
  • 著者名/発表者名: 南部紘一郎，戸谷仁史，宇佐美初彦
  • 学会等名: 日本トライボロジー学会 トライボロジー会議2015春姫路
  • 発表場所: 姫路商工会議所（兵庫県姫路市）
  • 年月日: 2015-05-27 – 2015-05-30
• [学会発表] Erosive Wear Mechanisms of Metal on Fine Particle Peening Process (2015)
  • 著者名/発表者名: Koichiro Nambu, Hitoshi Toya, Hatsuhiko Usami, Yukio Takizawa, Keju Chou, Misaki Saito, Yoshikazu Yamada, Masafumi Ando
  • 学会等名: The 6th International Conference on Manufacturing, Machine Design and Tribology(ICMDT2015)
  • 発表場所: Okinawa Convention Center（沖縄県宜野湾市）
  • 年月日: 2015-04-22 – 2015-04-25
  • 国際学会
• [備考] MSE研究・推進センター
  • URL: http://msecenter.hisac.u-fukui.ac.jp/